J油田不同開(kāi)發(fā)方式油藏CO2驅(qū)注采特征研究

姚振杰，趙永攀，康宇龍，楊 紅，李 劍，王 偉.

(1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710065； 2.陜西省二氧化碳封存與提高采收率重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710075)

J油田所屬區(qū)塊是我國(guó)典型的特—超低滲油藏，特—超低滲油藏高效開(kāi)發(fā)是油田可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[1-5]。J油田大多數(shù)區(qū)塊處于注水開(kāi)發(fā)階段，但受地形條件、物性特征等多方面因素的影響，極少數(shù)區(qū)塊處于衰竭式開(kāi)采階段。盡管J油田所屬區(qū)塊基本處于注水開(kāi)發(fā)階段，但對(duì)于特—超低滲油藏，由于其孔隙喉道細(xì)小、非均質(zhì)性強(qiáng)、儲(chǔ)層物性差等，導(dǎo)致注水開(kāi)發(fā)效果較差[6-8]。為了提高油田原油采收率，需要探索新的方法。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)CO2驅(qū)進(jìn)行了大量研究[9-11]，結(jié)果表明CO2驅(qū)對(duì)于低滲透油藏具有較好的適應(yīng)性[12-15]。目前，J油田已經(jīng)開(kāi)展了兩個(gè)CO2驅(qū)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)[16-19]，一個(gè)是注水開(kāi)發(fā)區(qū)塊，另一個(gè)屬于衰竭式開(kāi)發(fā)區(qū)塊。本文結(jié)合J油田開(kāi)展的CO2驅(qū)礦場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)J油田注水開(kāi)采油藏和衰竭式開(kāi)采油藏進(jìn)行CO2驅(qū)注采特征研究。

1 試驗(yàn)區(qū)塊簡(jiǎn)況

Q區(qū)塊屬于東高—西低的單斜鼻狀構(gòu)造，構(gòu)造較為平緩，地層傾角在0.6°左右。油藏埋深為1 300～1 600 m，主力開(kāi)發(fā)層系為C6油層，試驗(yàn)區(qū)面積為1.6 km2，油層厚度為12 m。試驗(yàn)區(qū)平均孔隙度為10%，平均滲透率為0.75 mD。油藏溫度為44 ℃，油藏原始地層壓力為12.9 MPa，油藏類型為構(gòu)造—巖性油藏，驅(qū)動(dòng)類型為彈性驅(qū)動(dòng)。區(qū)塊于2007年9月投入開(kāi)發(fā)，由于儲(chǔ)層物性特征、地形條件、水質(zhì)等多方面的因素，區(qū)塊注水工作滯后，基本處于衰竭式開(kāi)發(fā)階段。

Y試驗(yàn)區(qū)構(gòu)造基本形態(tài)為一個(gè)由東向西傾伏的平緩單斜，局部發(fā)育近東西向的鼻狀構(gòu)造。儲(chǔ)層埋深為1 800～2 100 m，主力含油層位為C4+5，試驗(yàn)區(qū)面積為2.8 km2，油層厚度為8 m。試驗(yàn)區(qū)平均孔隙度為12.0%，平均滲透率為0.78 mD。油藏溫度為60 ℃，原始地層壓力為13.3 MPa，油藏類型為巖性—構(gòu)造油藏。區(qū)塊于2005年9月投入開(kāi)發(fā)，隨后完善注采井網(wǎng)，開(kāi)始注水開(kāi)發(fā)，屬注水開(kāi)發(fā)區(qū)塊。

2 不同開(kāi)發(fā)方式油藏CO2驅(qū)注入壓力變化

2.1 衰竭式開(kāi)發(fā)油藏CO2驅(qū)注入壓力變化

Q區(qū)塊于2007年投入開(kāi)發(fā)，前期依靠自然能量開(kāi)發(fā)。2012年調(diào)整注采井網(wǎng)，年底開(kāi)始注CO2。注CO2初期井口平均注入壓力基本保持在6 MPa左右，2017年井口平均注入壓力上升到9 MPa(圖1)。Q區(qū)塊依據(jù)CO2驅(qū)油藏工程方案，前期注氣井連續(xù)注CO2，2014年后試驗(yàn)區(qū)個(gè)別生產(chǎn)井伴生氣中監(jiān)測(cè)到CO2，注氣井轉(zhuǎn)為水/CO2交替注入，水/CO2交替體積比為1∶2，水段塞孔隙體積倍數(shù)為0.001 PV，CO2段塞孔隙體積倍數(shù)為0.002 PV。CO2驅(qū)相對(duì)于水驅(qū)具有較好的注入性，水/CO2交替注入井口壓力略有波動(dòng)。

Q區(qū)塊注CO2之前處于衰竭式開(kāi)發(fā)階段，儲(chǔ)層能量虧空，地層壓力低。實(shí)施CO2驅(qū)油后，CO2氣體溶解于儲(chǔ)層流體，使得儲(chǔ)層流體積極膨脹，提高地層能量。另外CO2氣體具有較好的擴(kuò)散性，可以進(jìn)入儲(chǔ)層小孔隙喉道，地層能量不斷提高，使得井口注入壓力緩慢升高。總之，對(duì)于衰竭式開(kāi)發(fā)的油藏，注入CO2后，井口注入壓力提高了3 MPa，表明地層能量得到有效補(bǔ)充。

2.2 注水開(kāi)發(fā)油藏CO2驅(qū)注入壓力變化

Y區(qū)塊前期開(kāi)發(fā)屬于注水開(kāi)發(fā)階段，井口注水壓力基本維持在10 MPa左右，地層能量保持較好。區(qū)塊于2014年底開(kāi)始注入CO2，初期井口平均注氣壓力為9.8 MPa，2014—2015年井口注氣壓力略有波動(dòng)，2016年后井口注氣壓力緩慢升高，2017年井口平均注氣壓力達(dá)到10 MPa(圖2)。

圖1 Q區(qū)塊CO2驅(qū)注入壓力變化曲線Fig.1 The curve of the injection pressure of CO2 flooding in Q block

圖2 Y區(qū)塊CO2驅(qū)注入壓力變化曲線Fig.2 The curve of the injection pressure of CO2 flooding in Y block

Y區(qū)塊注CO2之前一直采用注水開(kāi)發(fā)，并且注入壓力平穩(wěn)，地層能量保持穩(wěn)定。初期注入CO2后井口注入壓力略有降低，由于CO2相對(duì)于水具有較好的擴(kuò)散性，因此CO2波及體積相對(duì)于水的波及體積更大，井底壓力會(huì)降低，井口注入壓力跟著降低。后期隨著CO2的不斷注入，地層能量得到補(bǔ)充，井口注氣壓力緩慢升高。對(duì)于注水開(kāi)發(fā)的油藏，由于前期地層壓力保持較好，因此實(shí)施CO2驅(qū)后井口注入壓力基本保持穩(wěn)定。

3 不同開(kāi)發(fā)方式油藏CO2驅(qū)地層壓力變化

3.1 衰竭式開(kāi)發(fā)油藏注CO2地層壓力變化

區(qū)塊地層壓力變化如圖3所示。2010年、2011年及2012年，區(qū)塊地層壓力分別是5.4 MPa、4.4 MPa及3.5 MPa。由于衰竭式開(kāi)發(fā)，區(qū)塊地層能量得不到補(bǔ)充，區(qū)塊地層壓力逐年降低，壓力保持水平低。2012年7月Q區(qū)塊開(kāi)始注CO2，2013—2016年地層壓力快速恢復(fù)，壓力保持水平得到提高。2016年地層壓力恢復(fù)到8.5 MPa，壓力保持水平為66.2%。

對(duì)于低滲透—特低滲透油藏，不能依靠快速注水或其他驅(qū)替溶劑提高地層壓力時(shí)，采用CO2驅(qū)油可以有效補(bǔ)充地層能量。由于CO2黏度低，因此其滲流阻力低，另外它具有較好的擴(kuò)散性，可快速提高地層壓力。實(shí)施CO2驅(qū)后，Q區(qū)塊地層壓力提高了3 MPa。

3.2 注水開(kāi)發(fā)油藏注CO2地層壓力變化

Y區(qū)塊于2005年投入開(kāi)發(fā)，2008年開(kāi)始實(shí)施注水開(kāi)發(fā)，注水開(kāi)發(fā)后有效補(bǔ)充了地層能量，地層壓力較高。2013年地層壓力為10.3 MPa，壓力保持水平為77.4%。2014年開(kāi)始注CO2，隨后地層能量得到有效補(bǔ)充，地層壓力穩(wěn)中有升，2014—2016年壓力保持在原始地層壓力的80%左右(圖4)。

圖3 Q區(qū)塊地層壓力變化Fig.3 The curve of the reservoir pressure in Q block

圖4 Y區(qū)塊地層壓力變化Fig.4 The curve of the reservoir pressure in Y block

Y區(qū)塊初期開(kāi)發(fā)采用注水，注采狀態(tài)平穩(wěn)，注入水有效補(bǔ)充了地層能量，地層壓力得到保持。實(shí)施CO2驅(qū)后，CO2相對(duì)于水具有更好的擴(kuò)散性，擴(kuò)大了注入流體波及體積；油藏中游離的CO2可以更多地接觸儲(chǔ)層流體，使儲(chǔ)層流體膨脹，相對(duì)于水驅(qū)開(kāi)發(fā)階段地層壓力略有升高，但變化不大。注入的CO2相對(duì)于水亦可以有效保持地層能量，Y區(qū)塊實(shí)施CO2驅(qū)后地層壓力提高了0.4 MPa，地層壓力基本穩(wěn)定。

對(duì)于衰竭式開(kāi)發(fā)油藏和注水開(kāi)發(fā)油藏，注入CO2后均可補(bǔ)充地層能量，保持地層壓力。

4 不同開(kāi)發(fā)方式油藏CO2驅(qū)開(kāi)發(fā)效果

4.1 衰竭式開(kāi)發(fā)油藏注CO2開(kāi)發(fā)效果

Q區(qū)塊于2012年底開(kāi)始注CO2，一年后試驗(yàn)區(qū)生產(chǎn)井開(kāi)采呈現(xiàn)“三升”態(tài)勢(shì)，即日產(chǎn)油量上升、日產(chǎn)液量上升及綜合含水穩(wěn)定上升(圖5)。單井產(chǎn)液量由注CO2前的0.55 m3/d升至目前的1.0 m3/d，單井產(chǎn)油量由0.18 t/d升至目前的0.3 t/d。

Q區(qū)塊衰竭開(kāi)采多年后實(shí)施CO2驅(qū)，地層虧空較為嚴(yán)重，地層能量不足。依據(jù)文獻(xiàn)，CO2驅(qū)分為混相驅(qū)和非混相驅(qū)，而Q區(qū)塊屬于非混相驅(qū)[20]。CO2非混相驅(qū)主要驅(qū)油機(jī)理是降低原油的黏度、使原油體積膨脹、減小界面張力、對(duì)原油中輕烴的汽化和抽提等。Q區(qū)塊實(shí)施CO2非混相驅(qū)，CO2溶解于儲(chǔ)層流體，原油黏度降低、儲(chǔ)層流體體積發(fā)生膨脹，另外CO2可以汽化和抽提原油中的輕質(zhì)組分。地層能量恢復(fù)后CO2驅(qū)油效果開(kāi)始顯現(xiàn)，使得Q區(qū)塊單井日產(chǎn)油提高了0.12 t，區(qū)塊產(chǎn)量提高。

圖5 Q區(qū)塊CO2驅(qū)生產(chǎn)曲線Fig.5 Production curves of CO2 flooding in Q block

因此，對(duì)于衰竭式開(kāi)采油藏注CO2后，首先要補(bǔ)充地層能量，地層壓力緩慢升高。地層能量恢復(fù)到一定程度時(shí)，CO2驅(qū)油效果開(kāi)始顯現(xiàn)，單井產(chǎn)油量及產(chǎn)液量均升高。

4.2 注水開(kāi)發(fā)油藏注CO2開(kāi)發(fā)效果

Y區(qū)塊CO2驅(qū)之前采用注水開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)過(guò)程中地層能量得到及時(shí)補(bǔ)充，注水開(kāi)發(fā)地層壓力保持水平較高。區(qū)塊注入CO2一個(gè)月后，生產(chǎn)井相繼見(jiàn)效，CO2驅(qū)提高采收率效果已顯現(xiàn)。開(kāi)采呈現(xiàn)“兩升一降”態(tài)勢(shì)，即日產(chǎn)液量與日產(chǎn)油量上升，綜合含水降低。如圖6所示，單井產(chǎn)液量由注CO2前的2.9 m3/d升至目前的3.2 m3/d，單井產(chǎn)油量由1.9 t/d升至目前的2.3 t/d。

對(duì)于注水開(kāi)發(fā)油藏，地層能量保持較好，由于CO2在原油和水中的溶解度較高，因此，儲(chǔ)層注入CO2后，使原油體積發(fā)生膨脹，降低了原油黏度，萃取出原油中的輕質(zhì)組分，降低了原油密度等；另外，CO2氣體擴(kuò)散性強(qiáng)，可以擴(kuò)大驅(qū)油波及體積，較快顯現(xiàn)了CO2驅(qū)油效果，最終提高原油采收率。注水開(kāi)發(fā)油藏，儲(chǔ)層能量保持較好，實(shí)施CO2驅(qū)后，可以較快顯現(xiàn)CO2驅(qū)油效果，單井日產(chǎn)油提高了0.4 t。

5 結(jié)論

(1)衰竭式開(kāi)發(fā)油藏地層虧空，注入CO2后首先補(bǔ)充地層能量，地層虧空得到補(bǔ)充后，注氣壓力和地層壓力約提高了3 MPa。

(2)注水開(kāi)發(fā)油藏地層能量保持較好，注氣壓力和地層壓力基本穩(wěn)定，地層壓力穩(wěn)定在10 MPa左右。

(3)J油田衰竭式開(kāi)發(fā)油藏CO2驅(qū)油見(jiàn)效慢，CO2補(bǔ)充地層能量后驅(qū)油效果開(kāi)始顯現(xiàn)，目前單井日均產(chǎn)油提高了0.12 t；注水開(kāi)發(fā)油藏實(shí)施CO2驅(qū)見(jiàn)效快，單井日均產(chǎn)油提高了0.4 t。